package com.tools.common.security.id;

import com.tools.common.object.Note;

import java.util.TreeSet;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 雪花算法 ID 生成器
 * */
@Note("雪花算法 ID 生成器")
public final class SnowFlakeID {


    @Note("机器 ID  二进制5位  32 位减掉 1 位 31 个。" +
            "因为二进制里第一个 bit 为如果是 1，那么都是负数，但是我们生成的 id 都是正数，所以第一个 bit 统一都是 0")
    private final long workerId;

    @Note("机房 ID 二进制 5 位  32 位减掉 1 位 31 个")
    private final long datacenterId;

    @Note("代表 1 毫秒内生成的多个 id 的最新序号  12 位 4096 - 1 = 4095 个")
    private long sequence;

    @Note("设置一个时间初始值 2^41 - 1 差不多可以用 69 年")
    private static final long twepoch = 1585644268888L;

    @Note("5 位的机器 id")
    private final long workerIdBits = 5L;

    @Note("5 位的机房 id")
    private final long datacenterIdBits = 5L;

    @Note("每毫秒内产生的 id 数 2 的 12 次方")
    private static final long sequenceBits = 12L;

    @Note("记录产生时间毫秒数，判断是否是同 1 毫秒")
    private long lastTimestamp = -1L;

    @Note("同步锁")
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    /* *******************************************************************************************
     *
     *          构造器
     *
     * *******************************************************************************************
     * */

    public SnowFlakeID() {
        this(1, 1, 1);
    }

    public SnowFlakeID(long workerId, long datacenterId, long sequence) {
        // 这个是二进制运算，就是 5 bit最多只能有 31 个数字，也就是说机器 id 最多只能是 32 以内
        final long maxWorkerId = ~(-1L << workerIdBits); //-1L ^ (-1L << workerIdBits)
        // 这个是一个意思，就是 5 bit最多只能有31个数字，机房id最多只能是32以内
        final long maxDatacenterId = ~(-1L << datacenterIdBits);  //-1L ^ (-1L << datacenterIdBits)
        //检查机房id和机器id是否超过 31 不能小于0
        if(workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("机器 id 不能超过 " + maxWorkerId + " 且不能小于 0");
        }
        if(datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("机房 id 不能超过" + maxDatacenterId + " 且不能小于 0");
        }
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
    }

    /* *******************************************************************************************
     *
     *          功能方法
     *
     * *******************************************************************************************
     * */

    @Note("核心方法，让当前这台机器上的雪花算法程序生成一个全局唯一的 ID")
    public long nextID() {
        lock.lock();
        try {
            return private_newID();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


    @Note("批量生成 number 个 18 位雪花 ID，整体按从小到大排序")
    public TreeSet<Long> newBatchSnowFlakeID(int number) {
        if(number <= 0) return new TreeSet<>();
        lock.lock();
        try {
            TreeSet<Long> idSet = new TreeSet<>();
            for (int i = 0; i < number; i++) {
                idSet.add(private_newID());
            }
            return idSet;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    /* *******************************************************************************************
     *
     *          私有逻辑
     *
     * *******************************************************************************************
     * */


    @Note("当某一毫秒的时间，产生的 id 数 超过 4095，系统会进入等待，直到下一毫秒，系统继续产生 ID")
    private long private_tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = System.currentTimeMillis();
        }
        return timestamp;
    }


    @Note("生成 ID 的逻辑")
    private long private_newID() {
        final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
        final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
        final long sequenceMask = ~(-1L << sequenceBits); //-1L ^ (-1L << sequenceBits)

        //获取当前时间戳，单位是毫秒
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException("时钟向后移动。拒绝生成 ID 到 "+ (lastTimestamp - timestamp) +" 毫秒");
        }
            /*假设在同一个毫秒内，又发送了一个请求生成一个 ID，这时得把 seqence 序号 +1，最多到 4096
                1 毫秒内最多只能有 4096 个数字，无论你传递多少进来，
             */
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            //这个位运算保证始终就是在 4096 这个范围内，避免你自己传递个 sequence 超过了 4096 这个范围
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            //当某一毫秒的时间，产生的 id 数 超过 4095，系统会进入等待，直到下一毫秒，系统继续产生 ID
            if (sequence == 0) {
                timestamp = private_tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        }
        else {
            sequence = 0;
        }
        //这里记录最近一次生成 id 的时间戳，单位是毫秒
        lastTimestamp = timestamp;
            /*
                这里就是最核心的二进制位运算操作，生成一个 64 bit 的 id
                先将当前时间戳左移，放到 41 bit 那儿；将机房 id 左移放到 5 bit 那儿；将机器 id 左移放到 5 bit那儿；将序号放最后 12 bit
                最后拼接起来成一个 64 bit 的二进制数字，转换成十进制就是个 long 型
             */
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
                (datacenterId << datacenterIdShift) |
                (workerId << sequenceBits) | sequence;
    }
}
